[发明专利]基于霍普金森压杆系统的胶连动态剪切测试装置及方法

权利要求书

1.一种基于霍普金森压杆系统的胶连动态剪切测试装置，其特征在于：包括胶连件和霍普金森压杆系统；

所述胶连件包括三个搭接件、两层胶层(1)以及聚四氟乙烯套筒(5)，三个搭接件分别为搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)，三个搭接件与两层胶层(1)通过双搭接方式互连，所述双搭接方式为：搭接件Ⅰ(2)位于搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)的中部，所述搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)前后侧平齐，所述搭接件Ⅰ(2)与搭接件Ⅱ(3)左右相互错位、且通过胶层(1)连接，所述搭接件Ⅰ(2)与搭接件Ⅲ(4)亦为相互错位、且通过另一胶层(1)连接，所述搭接件Ⅱ(3)与搭接件Ⅲ(4)以两个胶层(1)的中线为轴对称；所述搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)的长度均为l₀，所述搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)的厚度为t₀，所述搭接件Ⅰ(2)的厚度为2t₀，所述胶层(1)、搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)的宽度均为b，所述胶层1的厚度为t_i、长度为l；所述聚四氟乙烯套筒(5)无缝套接于搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)的外侧，所述聚四氟乙烯套筒(5)中空宽度为b，中空高度为4t₀+2t_i；所述搭接件Ⅰ(2)的波阻抗ρcA等于搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)相加的总波阻抗，ρ–密度，c–弹性波速，A–横截面积；

所述霍普金森压杆系统包括驱动装置(101)、入射杆(104)和透射杆(105)，所述驱动装置(101)的右侧驱动轴连接有撞击杆(102)，所述入射杆(104)的左侧端头处设置有脉冲整形器(103)，所述透射杆(105)的右侧设有吸收杆(106)，所述胶连件位于入射杆(104)和透射杆(105)之间，所述入射杆(104)和透射杆(105)各自的中部均设有应变片(108)，所述应变片(108)与超动态应变仪(109)连接，所述超动态应变仪(109)与数据采集系统(110)及计算机(111)连接。

2.权利要求1所述的一种基于霍普金森压杆系统的胶连动态剪切测试装置的测试方法，其特征在于：所述测试方法基于传统霍普金森压杆系统进行加载，具体为：测试前将搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)、搭接件Ⅲ(4)与胶层(1)经双搭接方式互连，所形成的胶连件对中夹置于霍普金森压杆系统的入射杆与透射杆中间，同时将聚四氟乙烯套筒(5)无缝套接于搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)的外侧；之后通过霍普金森压杆系统测试获得入射杆(104)与透射杆(105)上应变片(108)所记录的入射脉冲ε_i(t)、反射脉冲ε_r(t)及透射脉冲ε_t(t)信号，聚四氟乙烯套筒(5)的中空宽度为b、中空高度为4t₀+2t_i；

动态剪切测试过程中的胶连剪切应力–剪切应变曲线通过入射杆(104)与透射杆(105)上所采集的应变片(108)信号经三波公式计算得到，动态测试过程中的实时剪切应力τ(t)为：

其中，A_B和E_B分别为入射杆及透射杆的横截面积和弹性模量，ε_i(t)和ε_r(t)分别为入射杆上所采集的入射应变脉冲与反射应变脉冲，ε_t(t)为透射杆上所采集的透射应变脉冲，b为胶层(1)的宽度，也是搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)、搭接件Ⅲ(4)的宽度，l为胶层(1)的长度；动态测试过程中的实时剪切应变γ(t)为：

其中c₀为入射杆及透射杆中的弹性波速，t₀为搭接件Ⅱ(3)与搭接件Ⅲ(4)的厚度、2t₀为搭接件Ⅰ(2)的厚度，b和E分别为搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)及搭接件Ⅲ(4)的宽度与弹性模量，l₀为搭接件Ⅰ(2)、搭接件Ⅱ(3)与搭接件Ⅲ(4)的长度，t_i为胶层厚度；

计算得到实时剪切应力τ(t)与剪切应变γ(t)及相应的胶连动态剪切应力–剪切应变曲线，当变换胶层厚度t_i及套筒中空高度4t₀+2t_i时，实现不同胶层厚度下的胶连动态剪切测试表征。

3.根据权利要求2所述的一种基于霍普金森压杆系统的胶连动态剪切测试装置的测试方法，其特征在于：所述聚四氟乙烯套筒(5)保证了胶层(1)的纯剪切状态，且后续数据处理过程中消除了搭接件弹性变形对胶连动态剪切应变γ(t)有效获取的影响。